در مقاله زیر ساختار انواع کابل فیبر نوری مانند کابل های خاکی Optical Buried Unfilled Cable – OBUC کابل های کانالی Optical Conduit Unfilled Cable – OCUC و کابل های هوایی Optical Self Support Cable – OSSC را بررسی می کنیم.
معرفی انواع کابل های فیبر نوری
کابل خاکی (Optical Buried Unfilled Cable) OBUC
مشخصه بارز این نوع کابل دارا بودن دو لایه روکش به طور معمول پلی اتیلنی و نوار جاذب رطوبت می باشد. کابل های قدیمی خاکی به جای نوار جاذب رطوبت از ژله استفاده میکرد، این نوع کابل به کابل خاکی ژله ای معروف است. استفاده از نوار جاذب رطوبت به جای ژله مقرون به صرفه می باشد.
ساختار کابل خاکی (OBUC)
1- Central Strength member: لایه مقاوم مرکزی دارای جنس غیرفلزی که دارای الیاف فیبری رزین شده می باشد که به Fiber reinforced plastic FRP مشهور است. مدول یانگ (young modulus) این ماده، 50000N/mm2m می باشد که باعث استحکام کابل فیبر نوری می شود.
2- Water Swellable Yarn: دو نخ جاذب رطوبت و آب به صورت هلالی دور FRP تنیده می شود تا مانع ورود آب و رطوبت به داخل کابل شود هر گرم از نخ باید بیشتر از 35ml آب و رطوبت جذب کند.
3 – Loose tube: مواد تشکیل دهنده لوزتیوب (Polybuthylen tereftalat) PBT می باشد لوزتیوب به حالت SZ دور FRP استرند می شود. تار فیبر نوری به شدت شکننده می باشد برای جلوگیری از قطع شدن فیبر در داخل لوزتیوب همراه با ژل سرد استرند می شود . طبق استاندارد مخابرات ایران ابعاد لوزتیوب به صورتی باید باشد که قطر داخلی آن 65% قطر خارجی آن باشد که در این صورت حداقل ضخامت تعریف شده برای لوزتیوب 0.4mm می باشد.
4 – Thixotropic Jelly: معروف به ژله سرد می باشد برای جلوگیری از نفوذ آب و رطوبت به داخل لوزتیوب برای محافظت از تار فیبر نوری استفاده می شود. رطوبت به مرور زمان باعث از بین رفتن کابل می باشد. این ژله به هیچ وجه سمی نمی باشد.
5 – Water Swellabale Tape: یک لایه نوار جذب رطوبت آب با مقدار کمی Overlap روی لوزتیوب برای جلوگیری از ورود آب و رطوبت به داخل کابل فیبر نوری استفاده می شود که شامل مواد زیر می باشد
- Polyester non-woven fabric
- پودر محلول در آب Water Soluble Powder
- ضد جویدگی Corrosion inhibitor
6 – Ripcords: دو ریپ کورد در دو نقطه مخالف کابل زیر ژاکت اول و دو ریپ کورد زیر ژاکت دوم برای راحت لخت شدن کابل گذاشته می شود و معمولا جنس ریپ کورد ابریشم می باشد.
7 – First Jacket: روکش اول یک لایه پلی اتیلن اکثراً LDPE به ضخامت نامی 1.5mm توسط دستگاه Extruder روی نوار جاذب رطوبت روکش می شود. دارا بودن دو لایه روکش به این علت می باشد که عموماً در شبکه های زیرساخت و بین شهری جهت مسافت های طولانی مورد استفاده قرار می گیرد و مستقیماً داخل خاک دفن می گردد دارای مقاومت بیشتری در برابر عوامل طبیعی مانند سیل و زلزله باشد.
8 – Armoring: نوار استیل کرکره ای (Corrugated Steel) که جنس کوپلیمری دارد یا دو طرف آن دارای روکش قلع می باشد. زره باعث افزایش مقاومت کابل در برابر ضربه ها میشود. زره کابل از حمله موجودات موذی جونده مانند موش جلوگیری می کند. این طبق استاندارد مخابرات ایران ضخامت نامی لایه Armoring بدون کوپلیمر 0.15mm و با کوپلیمر 0.38mm می باشد.
9 – Outer Jacket: جنس روکش بیرونی اکثراً Polyethylene از نوع HDPE می باشد. ضخامت نامی روکش بیرونی 2mm می باشد. این لایه خارجی ترین لایه می باشد و محافظت اصلی از کابل به عهده این کابل می باشد. در بعضی موارد خاص برای کابل های نظامی به جای پلی اتیلن از ترموپلاست ها استفاده می شود.
کابل کانالی OCUC Optical Conduit Unfilled Cable
این نوع کابل دارای ساختار متفاوت و بدون ژله یا خشک می باشد. برای حفاظت کابل در مقابل نفوذ رطوبت از نوار جاذب رطوبت استفاده می شود. کابل کانالی دارای یک لایه روکش می باشد و برای افزایش مقاومت کابل از Aramid Yarn استفاده می شود. این نوع کابل هنگام استفاده و کابل کشی به وسیله پلی واتر در داکت و ساب داکت خوابانده می شود.
ساختار کابل کانالی
1- Central Strength member : لایه مقاوم مرکزی دارای جنس غیرفلزی که دارای الیاف فیبری رزین شده می باشد که به Fiber reinforced plastic FRP مشهور است. یک FRP ترکیب خاصی از دو ماده کامپوزیتی متشکل از الیاف با مقاومت بالا و جاسازی شده در چسب پلیمری است. از آن جا که FRP از دو ماده مجزا تشکیل شده است، خواص کلی FRP در درجه اول به مشخصات اختصاصی هر یک از آن مواد بستگی دارد. مدول یانگ (young modulus) این ماده 50000N/mm2 می باشد که باعث استحکام کابل فیبر نوری می شود . برخی از مزایای FRP به شرح ذیل می باشد:
- نسبت بالای مقاومت به وزن
- دوام فوق العاده در محیط های مختلف
- سهولت و سرعت در نصب، انعطاف پذیری و استفاده کاربردی
- دوام در برابر خستگی
- نارسانا از نظر الکترومغناطیسی
2- Water Swellable Yarn : دو نخ جاذب رطوبت و آب به صورت هلالی دور FRP تنیده می شود تا مانع ورود آب و رطوبت به داخل کابل شود هر گرم از نخ باید بیشتر از 35ml آب و رطوبت جذب کند.
3 – Loose tube : مواد تشکیل دهنده لوزتیوب (Polybuthylen tereftalat) PBT می باشد. این پلیمر مهندسی، پلی استری گرم و نرم است که به دلیل دارا بودن وزن مولکولی بالا، استحکام، خصوصیت عایق الکتریکی، کریستالیزه شدن سریع، قالبگیری آسان، قابلیت تقویت شدن با الیاف پشم شیشه، مقاومت مکانیکی خوب، سرعت پایین جذب آب و مقاومت در مقابل مواد شیمیایی و حلالها در مقایسه با سایر پلیمر های مهندسی در این قسمت استفاده می شود. لوزتیوب به حالت SZ دور FRP استرند می شود. تار فیبر نوری به شدت شکننده می باشد برای جلوگیری از قطع شدن فیبر در داخل لوزتیوب همراه با ژل سرد استرند می شود . طبق استاندارد مخابرات ایران ابعاد لوزتیوب به صورتی باید باشد که قطر داخلی آن 65% قطر خارجی آن باشد که در این صورت حداقل ضخامت تعریف شده برای لوزتیوب 0.4mm می باشد. یکی از فاکتور های مهم مکانیک لوزتیوب نیروی کششی (Tensile Setrngth) می باشد که طبق استاندارد حداقل باید 55Mpa باشد.
4 – Thixotropic Jelly : معروف به ژله سرد می باشد برای جلوگیری از نفوذ آب و رطوبت به داخل لوزتیوب برای محافظت از تار فیبر نوری استفاده می شود. رطوبت به مرور زمان باعث از بین رفتن کابل می باشد . این ژله سمی نمی باشد . این نوع ژله باید بی رنگ باشد. از مزایای دیگر این ژله میتوان به این موضوع اشاره کرد که خاصیت خورندگی ندارد.
5 – Water Swellabale Tape : یک لایه نوار جذب رطوبت آب با مقدار کمی Overlap روی لوزتیوب برای جلوگیری از ورود آب و رطوبت به داخل کابل فیبر نوری استفاده می شود که شامل مواد زیر می باشد :
- Polyester non-woven fabric
- پودر محلول در آب Water Soluble Powder
- بازدارنده خورندگی Corrosion inhibitor
6 – Ripcords : دو ریپکورد در دو نقطه مخالف کابل زیر ژاکت اول و دو ریپکورد زیر ژاکت دوم برای راحت لخت شدن کابل گذاشته می شود و معمولا جنس ریپکورد ابریشم می باشد .
7 – INTERMEDIATE STRENGTH MEMBER : جنس این قسمت از الیاف آرامید می باشد که نام تجاری آن کولار می باشد. کولار ( پلی پارافینلین ترفتالامید ) پروسه تولیدی گرانی دارد به عنوان یک پلیمر لیفی، کولار در مقابل دمای بالا مقاومت خوبی دارد. در دماهای بالا قدرت کشسانی بطور آنی حدود ۱۰ تا ۲۰٪ کاهش می یابد و بعد از چند ساعت این قدرت و استحکام پایین تر می آید . به عنوان مثال درc° ۱۶۰ حدود ۱۰٪ کاهش بیشتر پس از ۵۰۰ ساعت کارکرد مداوم بوجود می آید و درc° ۲۶۰ ، ۵۰٪ قدرت آن پس از ۷۰ ساعت کارکرد مداوم در این دما از دست می رود کولار بعنوان ماده سازنده جلیقه‌های مقاوم در برابر گلوله و ماسک‌های صورت ضد گلوله نیز استفاده میشود . یک لایه آرامید با مقداری متغیر رشته که بستگی به قطر کابل دارد روی نوار جاذب رطوبت گذاشته می شود .این کار باعث افزایش مقاومت مکانیکی و فیزیکی کابل می شود.
8 – Outer jacket : جنس ژاکت بیرونی اکثرا Polyethylene از نوع HDPE می باشد . پلی اتیلن از نفت حاصل مي شود. تقريبا هر 1.75 كيلوگرم نفت خام يك كيلوگرم پلي اتيلن سنگين توليد مي كند که این پلی اتیلن سنگین قابليت بازیافت را دارد. و باید گفته شود که عمومی ترین و پرمصرف ترین و شاید اولین نوعی از پلاستیک ها که به وجود آمد پلی اتیلن سنگین (HDPE) بود. زنجيره مولكولي در اين نوع پليمر ، فشرده است كه همين عامل، باعث افزايش دانسيته آن ميشود. لذا انعطاف پذيري به شدت كاهش مي يابد. اين نوع پليمر گرچه مقاومت ضربه اي كمتري نسبت به پلي اتيلن سبك(LDPE) دارد اما مقاومت آن در برابر مواد شيميايي همانند مقاومت آن در برابر تنشهاي شكننده محيطي خوب است . لذا از اين نوع پليمر در انواع روکش کابل نوری استفاده می شود. ضخامت نامی ژاکت بیرونی 2mm می باشد . این لایه خارجی ترین لایه می باشد و محافظت اصلی از کابل به عهده این کابل می باشد.
کابل هوایی OSSC Optical Self Support Cable
کابل های فیبر نوری هوایی سلف ساپورت که به خاطر ظاهر کابل به فیگور 8 معروف هستند. بسته به مقاومت مورد نیاز برای کابل دولایه روکش و یک لایه آرمور یا یک لایه روکش دارند و با توجه به طراحی و ساختار خود مناسب جهت استفاده درپروژه های فیبر نوری به شکل هوایی می باشند. ساختار این کابل شبیه عدد هشت 8 انگلیسی می باشد که در یک طرف آن کابل مستحکم و یکپارچه فولادی قرار داشته و در طرف دیگر کابل فیبر نوری متصل به کابل فولادی جهت کابل کشی هوایی قرار گرفته است.
ساختار کابل هوایی
1- Central Strength member : لایه مقاوم مرکزی دارای جنس غیرفلزی که دارای الیاف فیبری رزین شده می باشد که به Fiber reinforced plastic FRP مشهور است . یک FRP ترکیب خاصی از دو ماده کامپوزیتی متشکل از الیاف با مقاومت بالا و جاسازی شده در چسب پلیمری است. از آن جا که FRP از دو ماده مجزا تشکیل شده است، خواص کلی FRP در درجه اول به مشخصات اختصاصی هر یک از آن مواد بستگی دارد. مدول یانگ (young modulus) این ماده 50000N/mm2 می باشد که باعث استحکام کابل فیبر نوری می شود . برخی از مزایای FRP به شرح ذیل می باشد:
- نسبت بالای مقاومت به وزن
- دوام فوق العاده در محیط های مختلف
- سهولت و سرعت در نصب، انعطاف پذیری و استفاده کاربردی
- دوام در برابر خستگی
- نارسانا از نظر الکترومغناطیسی
2- Water Swellable Yarn : دو نخ جاذب رطوبت و آب به صورت هلالی دورFRP تنیده می شود تا مانع ورود آب و رطوبت به داخل کابل شود هر گرم از نخ باید بیشتر از 35ml آب و رطوبت جذب کند.
3 – Loose tube : مواد تشکیل دهنده لوزتیوب (Polybuthylen tereftalat) PBT می باشد. این پلیمر مهندسی، پلی استری گرم و نرم است که به دلیل دارا بودن وزن مولکولی بالا، استحکام، خصوصیت عایق الکتریکی، کریستالیزه شدن سریع، قالبگیری آسان، قابلیت تقویت شدن با الیاف پشم شیشه، مقاومت مکانیکی خوب، سرعت پایین جذب آب و مقاومت در مقابل مواد شیمیایی و حلالها در مقایسه با سایر پلیمر های مهندسی در این قسمت استفاده می شود. لوزتیوب به حالت SZ دور FRP استرند می شود. تار فیبر نوری به شدت شکننده می باشد برای جلوگیری از قطع شدن فیبر در داخل لوزتیوب همراه با ژل سرد استرند می شود . طبق استاندارد مخابرات ایران ابعاد لوزتیوب به صورتی باید باشد که قطر داخلی آن 65% قطر خارجی آن باشد که در این صورت حداقل ضخامت تعریف شده برای لوزتیوب 0.4mm می باشد. یکی از فاکتور های مهم مکانیک لوزتیوب نیروی کششی (Tensile Setrngth) می باشد که طبق استاندارد حداقل باید 55Mpa باشد.
4 – Thixotropic Jelly : معروف به ژله سرد می باشد برای جلوگیری از نفوذ آب و رطوبت به داخل لوزتیوب برای محافظت از تار فیبر نوری استفاده می شود . رطوبت به مرور زمان باعث از بین رفتن کابل می باشد . این ژله سمی نمی باشد . این نوع ژله باید بی رنگ باشد. از مزایای دیگر این ژله میتوان به این موضوع اشاره کرد که خاصیت خورندگی ندارد.
5 – Water Swellabale Tape : یک لایه نوار جذب رطوبت آب با مقدار کمی Overlap روی لوزتیوب برای جلوگیری از ورود آب و رطوبت به داخل کابل فیبر نوری استفاده می شود .که شامل مواد زیر می باشد.
- Polyester non-woven fabric
- پودر محلول در آب Water Soluble Powder
- بازدارنده خورندگی Corrosion inhibitor
6 – Ripcords : دو ریپکورد در دو نقطه مخالف کابل زیر روکش اول و دو ریپکورد زیر روکش دوم برای راحت لخت شدن کابل گذاشته می شود و معمولا جنس ریپکورد ابریشم می باشد .
7 – Inner Jacket : روکش اول یک لایه پلی اتیلن اکثرا LDPE به ضخامت نامی 1.5mm توسط دستگاه Extruder روی نوار جاذب رطوبت روکش می شود .
8 – Outer jacket : جنس روکش بیرونی اکثراً Polyethylene از نوع HDPE می باشد . پلی اتیلن از نفت حاصل مي شود. تقريباً هر 1.75 كيلوگرم نفت خام يك كيلوگرم پلي اتيلن سنگين توليد مي كند که این پلی اتیلن سنگین قابليت بازیافت را دارد و باید گفته شود که عمومی ترین و پرمصرف ترین و شاید اولین نوعی از پلاستیک ها که به وجود آمد پلی اتیلن سنگین (HDPE) بود.زنجيره مولكولي در اين نوع پليمر ، فشرده است كه همين عامل، باعث افزايش دانسيته آن ميشود. لذا انعطاف پذيري به شدت كاهش مي يابد. اين نوع پليمر گرچه مقاومت ضربه اي كمتري نسبت به پلي اتيلن سبك(LDPE) دارد اما مقاومت آن در برابر مواد شيميايي همانند مقاومت آن در برابر تنشهاي شكننده محيطي خوب است . لذا از اين نوع پليمر در انواع روکش کابل نوری استفاده می شود. ضخامت نامی روکش بیرونی 2mm می باشد . این لایه خارجی ترین لایه می باشد و محافظت اصلی از کابل به عهده این کابل می باشد .
9 – Suspension Strand (Messenger) : خود نگهدار شامل 7 نوار فولادی گالوانیزه شده می باشد که دارای روکش زینک می باشد که حداقل مقدار آن باید 80g/m2 باشد. قدرت نیروی کشش خودنگهدار 1600N/mm2 می باشد. این رقم نشان دهنده آن است که بیشتر فشار روی کابل بر خودنگهدار وارد می شود و عامل اصلی استحکام کابل هوایی می باشد.
